Синтетическая теория эволюции

Современная синтетическая теория эволюции, или СТЭ, — это объединение дарвинизма, генетики, молекулярной биологии и других наук. Синтетическая теория эволюции кратко и понятно описывает, как происходят эволюционные изменения живых организмов, какие признаки подвергаются отбору, какие факторы действуют на них и как это ведет к появлению новых видов.

Основные положения синтетической теории эволюции

В статье мы разбираем основные положения СТЭ, выясняем, почему Дарвин был прав (хотя учитывал не все) и как генетика и другие науки связаны с эволюцией.

История теорий эволюции

«Почему у кошки хвостик?

Я не знаю, я агностик!»

Илья Фоняков

Эволюция – это естественный непрерывный процесс развития популяций живых организмов. Они все лучше и лучше приспосабливаются к окружающим условиям либо вымирают из-за более приспособленных конкурентов или резких изменений среды. Так появляются и исчезают виды.

Материал по теме: Гипотезы возникновения жизни на Земле

Эволюция объясняет:

  • Разнообразие живых организмов: почему на Земле обитает столько разных живых существ, от бактерий до человека;
  • Почему живые организмы обладают приспособлениями к условиям жизни и как они появились: зачем хищным животным клыки, а птицам – воздушные мешки;
  • Почему организмы, обитающие в похожих условиях, сходны между собой: у рыб, морских котиков и жуков-плавунцов обтекаемая форма тела;
  • Как живые организмы приспосабливаются к изменениям условий: почему рыба илистый прыгун умеет прыгать, у ящериц кожа покрыта чешуей и зачем кошке хвост.
Эрнст Геккель: Эволюция человека
Древо жизни, изображенное Эрнстом Геккелем в книге «Эволюция человека» (1879), иллюстрирует представление 19 века об эволюции как прогрессивном процессе, ведущем к человеку.

На эти вопросы пытались отвечать разными способами. До появления теории эволюции Дарвина о развитии живых организмов задумывались еще в античности.

 
В средневековье основной теорией происхождения был креационизм. Однако уже в эпоху Возрождения с ним начали спорить ученые: наблюдения и расчеты слишком сильно противоречили богословию.

В Новое Время все больше ученых предполагало, что живые организмы меняются – эволюционируют. Однако ни причины, ни механизмы этого не были ясны.

Попытку объяснить эволюцию живых организмов сделал Жан Ламарк. Основные положения ламаркизма:

  • Живые организмы развиваются от простого к сложному;
  • Видов живых организмов не существует, важны только отдельные особи;
  • Особи приспосабливаются к изменениям среды и конкурируют друг с другом;
  • Механизм приспособления – тренировка наиболее используемых органов. Если органы не тренировать, они исчезают, как глаза крота.
Основные положения синтетической теории эволюции
Длинная шея жирафа — распространенный пример в популярных объяснениях ламаркизма. Однако это гипотетическая иллюстрация: Ламарк использовал ее для теории наследственности, а не эволюции.

Некоторые идеи Ламарка были верны. Однако его теория не выдержала экспериментальной проверки.

Август Вейсман отрезал хвосты нескольким поколениям мышей. Согласно ламаркизму, у последующих поколений хвосты должны были исчезнуть из-за нетренированности. Однако этого не произошло. Страдания мышей доказали, что приобретенные признаки не наследуются.

В действительности это верно для признаков, приобретенных не в результате изменения наследственной информации. Однако во времена Ламарка генетику еще не знали.

Ламаркизм критиковал и Жорж Кювье, основатель сравнительной анатомии, палеонтологии и теории катастрофизма. Согласно ей, каждый геологический период Земли заканчивался катастрофой, в результате чего изменялись флора и фауна. Теория Кювье не вошла в синтетическую теорию эволюции, поскольку она была тесно связана с религией. Однако она стала основой неокатастрофизма – гипотезы об одновременных изменениях рельефа Земли в результате тектонических катастроф.

С Кювье спорили сторонники трансформизма – идеи о том, что живые организмы происходят друг от друга. Подобные предположения высказывали в разные времена в разных странах. В XIX веке теорию трансформизма в разных вариантах защищали разные ученые. В частности, ее придерживался Ламарк. Частично идеи трансформизма присутствуют и в теории Дарвина.

Чарльз Дарвин задумался о происхождении видов еще в юности, во время путешествия на корабле «Бигль». Оно длилось с 1831 по 1836 год. Дарвин собирал коллекции животных, изучал строение морских беспозвоночных, наблюдал и делал выводы.

Чарльз Дарвин: Кругосветное путешествие
Маршрут кругосветного путешествия на корабле «Бигль», в котором принял участие 22-летний Чарльз Дарвин. К концу экспедиции Дарвин прославился как геолог и коллекционер окаменелостей. Публикация его дневника принесла ему широкую известность как натуралисту и писателю.

Окаменевшие останки древнего гигантского животного среди раковин моллюсков современных видов навели его на идею, что вымирание не всегда – следствие катастроф. [1] Другие наблюдения – в частности, за галапагосскими вьюрками и черепахами – позволили Дарвину предположить, что разные виды могут происходить от общего предка. [1]

Вернувшись в Англию, Дарвин начал вести наблюдения за сельскохозяйственными растениями и животными. Они показывали необходимость приспосабливаться к определенным условиям. Дарвин назвал ее естественным отбором.

Естественный отбор и теория эволюции
1 — направленный отбор: предпочтение отдается одному экстремальному фенотипу;
2 — стабилизирующий отбор: промежуточный фенотип предпочтительнее крайнего; 3 — разрушающий отбор: экстремальный фенотип предпочтительнее промежуточного.

Ось X: фенотипический признак
Ось Y: количество организмов
Группа А: исходная популяция
Группа B: после отбора

Первую работу о происхождении видов ученый опубликовал в 1842 году. Дарвин переписывался со многими натуралистами, которые заметили то же, что и он. В 1858 году, когда Дарвин уже писал «Происхождение видов», с ним связался другой британский исследователь – Альфред Уоллес. Он прислал рукопись с теорией, очень похожей на теорию Дарвина. Двое ученых разработали ее независимо друг от друга.

Чарльз Дарвин и Альфред Уоллес
Слева — Чарльз Дарвин; справа — Альфред Уоллес. Интересный факт: Чарльз Дарвин, получив рукопись Альфреда Уоллеса о естественном отборе, пообещал использовать термины и наработки своего коллеги. 1 июля 1858 г. выдержки из трудов Дарвина и Уоллеса относительно естественного отбора были впервые представлены широкой публике — на чтениях в Линнеевском обществе.

Дарвинизм считают основой синтетической теории эволюции. Согласно ему, главные эволюционные факторы:

  • Естественный отбор – выживают и оставляют потомство наиболее приспособленные особи;
  • Борьба за существование – живые организмы конкурируют друг с другом за ресурсы;
  • Наследственная изменчивость – живые организмы могут приобретать новые признаки, и, если они полезны, их передадут потомкам;
  • Изоляция – невозможность межвидового скрещивания.

Теорию Дарвина подтверждают эмбриологические данные: эмбрионы позвоночных на ранних стадиях развития очень похожи. Различия проявляются потом. Это указывает, что позвоночные животные имеют общее происхождение. Однако ее критиковали современные ученому палеонтологи и некоторые натуралисты. Палеонтологи еще не успели обнаружить переходные формы живых организмов, существование которых предполагает дарвинизм.

Читайте также: Повторное возникновение жизни на Земле.

Кроме того, теория Дарвина не объясняла, что именно является носителем наследственности и как происходит наследование. C этим связано одно из самых серьезных возражений против дарвинизма.

Профессор инженерии Генри Флеминг Дженкин, узнав о теории Дарвина, опубликовал статью, в которой помимо прочего утверждал, что любой полезный для выживания признак «размоется» и исчезнет при скрещивании с особями, которые им не обладают. [2] Этот аргумент выглядит логичным, и Дарвин не спорил с ним – лишь дал явлению название «кошмар Дженкина»

.

Кошмар Дженкина и СТЭ
Наглядная демонстрация «кошмара Дженкина» и законов Менделя. Источник: https://childrenscience.ru/

Почему кошмар Дженкина не проявляется в реальности, объясняет генетика. Причина – в дискретности наследования: наследуется не весь геном целиком, а его отдельные участки – гены. Поэтому даже если признак размыт во втором поколении, он проявится позднее. А для проявления доминантных признаков достаточно одной копии гена.

Читайте также: Важные научные открытия человечества.

В трудах Чарльза Дарвина генетика не упоминается. Эту науку, основанную Грегором Менделем, оценили позднее. Даже в 20-30-х годах XX века она казалась многим не вполне научной.

Законы генетики, которые Мендель открыл, собирая и статистически анализируя данные, подтвердились после 1944 года, когда было доказано, что носителем наследственной информации является ДНК. Генетика и особенности передачи и изменения генов прояснили вопросы, на которые не мог ответить дарвинизм.

Структура ДНК
Трехмерная структура двойной спирали ДНК, открытая Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком. Комплементарные основания удерживаются вместе с помощью водородных связей.
Молекулярные визуализации ДНК, созданные для проекта «ДНК», посвященного 50-летию открытия двойной спирали в 2003 году.

Синтетическая теория эволюции

«Амеба эволюционировала-эволюционировала, превратилась в человека и задумалась: как же хорошо быть амебой!»

Чтобы кратко и понятно объяснить процесс эволюции, потребовался синтез дарвинизма, генетики, палеонтологии и эмбриологии. Современная СТЭ кроме этих дисциплин включает данные молекулярной биологии и других наук. Естественно, такое преобразование теории Дарвина произошло не сразу.

В начале XX века в научном сообществе признавали идею эволюции, но отвергали естественный отбор как ее основную движущую силу. Во многом к этому привел кошмар Дженкина и недостаточные знания о наследственности.

Древо жизни
Древо жизни 21-го века, показывающее горизонтальный перенос генов среди прокариот и события сальтационного эндосимбиоза, породившего эукариот, не вписывается в теории 20-го века.

Только в 1926 году Сергей Сергеевич Четвериков опубликовал статью, в которой описал эволюцию с точки зрения современной ему генетики. Эта статья не была опубликована в англоязычных изданиях, однако ее цитировали Николай Тимофеев-Ресовский, Феодосий Добржанский и Джон Холдейн.

Идеи Четверикова хорошо соотнеслись с работами Рональда Фишера. Он создал математическую модель эволюции как естественного отбора генов. Единицей эволюции при этом оказалась популяция, причем эволюция шла тем быстрее, чем больше генетическое разнообразие в популяции. Модель Рональда Фишера стала одной из основ синтетической теории эволюции.

В 1937 году Феодосий Григорьевич Добржанский опубликовал книгу «Генетика и происхождение видов» [3, 4]. В ней он описал, как современная ему генетика разрешает вопросы дарвинизма, о хромосомной основе законов Менделя и о том, как мутации формируют межвидовые различия. Добржанский описал 3 уровня эволюционной популяционной генетики:

  1. Генные и хромосомные мутации;
  2. Изменения в популяции, вызванные изменениями частот и комбинаций мутаций;
  3. Закрепление изменений путем репродуктивной изоляции – невозможности скрещиваться с другими видами.

Считается, что синтетическая теория эволюции возникла именно в 1937 году. Сам термин СТЭ появился позднее – в 1942 году [3]. Его впервые использовал эволюционист Джулиан Хаксли, родной брат писателя Олдоса Хаксли.

Современная синтетическая теория эволюции учитывает особенности наследования, мутации и то, как под их действием меняется приспособленность живых организмов к окружающей среде. Наконец, СТЭ учитывает влияние различных факторов на эволюцию:

  • Естественный отбор – важнейший, но не единственный фактор эволюции согласно СТЭ. Отбору подвергаются генотипы в целом либо аллели генов – то, в каких вариантах существует ген.
  • Борьба за существование – необходимость выживать в окружающей среде и конкурировать за выживание с другими организмами.
  • Возникновение мутаций приводит к появлению новых аллелей или новых генов. Мутации поставляют материал для естественного отбора.
  • Изменения частот генов в популяции как результат миграций (поток генов), случайностей (дрейф генов) или эффекта бутылочного горлышка – ситуации, когда условия меняются так сильно и резко, что выживает лишь небольшое количество организмов из популяции. Зачастую у них есть признаки, позволившие им выжить именно в условиях таких изменений.
  • Стабилизирующий отбор поддерживает соотношение частот генов в популяции неизменным, если окружающие условия не меняются [5];
  • Изоляция – географические, биохимические или поведенческие препятствия для скрещивания между популяциями. Именно изоляция приводит к образованию новых видов живых организмов.
 
Синтетическая теория эволюции – не единственная современная теория эволюции. Остальные научные теории предполагают действие других факторов эволюции либо иную оценку их влияния. Однако СТЭ достаточно хорошо объясняет, как появляются новые виды и что именно подвергается отбору. Уточнения теории необходимы в основном для организмов, не имеющих полового процесса.

Основные положения синтетической теории эволюции

Синтетическую теорию эволюции проще всего объяснить, используя ее основные положения. Это закономерности, из которых следует, как и почему происходит эволюция живых организмов и на что она направлена.

  1. Единица эволюции – популяция, то есть, группа живых организмов одного вида, живущая на одной ограниченной территории и способная свободно скрещиваться друг с другом. Именно из популяций образуются новые виды.
  2. Материал эволюции – гены и их сочетания (генотипы). Новые гены и их сочетания возникают в результате случайных процессов – мутаций и рекомбинаций.
  3. Главный движущий фактор эволюции – естественный отбор. Другие процессы, которые приводят к изменению частоты встречаемости генов в популяции, также являются движущими факторами эволюции. Скорость и направление эволюции определяется сочетанием движущих факторов.
  4. Эволюция не имеет конечной цели. Это приспособление именно к конкретным условиям обитания. Если условия изменятся, к ним придется приспосабливаться заново.
  5. Изменения генов накапливаются в поколениях. Постепенно они приводят к образованию новых видов, родов и т.д.

Разные источники по-разному формулируют основные положения синтетической теории эволюции. Но все они сходятся в главном: существующие виды дают начало новым в результате приспособления к окружающей среде и отбора новых вариантов генов.

Мифы о синтетической теории эволюции

 
«Если у нас синтетическая теория эволюции, то куда ученые дели натуральную?»

Суть синтетической теории эволюции, как и ее основные положения, не всегда понимают верно. Это приводит к различным заблуждениям: от смешивания СТЭ с дарвинизмом или ламаркизмом до попыток объяснять с ее помощью небиологические явления. Разберем несколько самых распространенных мифов об СТЭ.

Миф: Теория эволюции описывает появление жизни

Факт: происхождение жизни описывает абиогенез. Теория эволюции описывает, как живые организмы приспосабливаются к условиям обитания.

Миф: Естественный отбор предполагает, что выживает всегда сильнейший

Факт: Естественный отбор – это сохранение генотипов или аллелей генов, которые обеспечивают наилучшее приспособление к конкретным условиям. Чтобы сохранить их, желательно выжить самому и оставить потомство, которое также успешно размножится. Другой вариант – не размножаться, а способствовать выживанию носителей тех же генов. [6]

Миф: Синтетическая теория эволюции – это теория, а значит, она не доказана.

Факт: В науке теорией называют непротиворечивую концепцию, которая описывает и объединяет закономерности, касающиеся определенного явления. Научные теории позволяют предсказывать результаты тех или иных событий, которые подчиняются описанным закономерностям. СТЭ соответствует этому определению.

Теория эволюции — это всего лишь теория
Комикс «Всего лишь теория». Источник и полная версия: https://pikabu.ru/story/vsego_lish_teoriya_6682554

Миф: Концепция эволюции лженаучна, ее невозможно подтвердить экспериментально.

Факт: Эволюцию подтверждают палеонтологические и эмбриологические данные, а также результаты исследования ДНК и РНК различных организмов, полученные методами молекулярной биологии. Кроме того, примером эволюции является развитие у бактерий устойчивости к антибиотикам – этот процесс достаточно быстрый, и его можно наблюдать.

Миф: Без направленной осознанной воли сложные организмы не могли возникнуть.

Факт: Данное утверждение не является научным и не предполагает научного подхода к ответу. Результаты исследований в области молекулярной биологии, палеонтологии, эмбриологии показывают, что сложные организмы возникли в результате действия эволюционных закономерностей на случайно возникающие новые варианты генов.

Миф: Эволюция не объясняет появление разума.

Факт: Разум – один из способов приспосабливаться к окружающей среде. Как и другие эволюционные приспособления, он отчасти развился под действием закономерностей, а отчасти – благодаря случайностям.

Миф: Теория эволюции – основа социального дарвинизма

Факт: Распространять биологические закономерности на человеческое общество неверно с точки зрения науки. Общества развиваются по иным законам, и взаимная помощь и поддержка необходимы для существования цивилизации.

 
Большинство противников синтетической теории эволюции не имеют отношения к науке и плохо разбираются в ней.

Но и сторонники СТЭ не всегда хорошо знают ее. Разобраться в процессах эволюции помогут научно-популярные книги, фильмы, сериалы и лекции.

Интересные доклады и презентации о СТЭ

Тем, кто интересуется биологией вообще и синтетической теорией эволюции в частности рекомендуем лекции Станислава Дробышевского. Помимо антропогенеза он рассказывает и о теории эволюции. Юмор Дробышевского известен его постоянным слушателям, которые регулярно цитируют самые удачные высказывания в комментариях к видео.

О том, как возникла синтетическая теория эволюции, подробно рассказывает Александр Рубцов в лекции «Что произошло с теорией Дарвина?».

Кроме научно-популярных лекций рекомендуем фильмы и книги о синтетической теории эволюции и сопутствующих дисциплинах.

Заключение

  1. Идеи эволюции возникли еще в античности. Однако их долгое время не могли систематизировать, в том числе, из-за нехватки информации о развитии жизни на Земле.
  2. Многие натуралисты пытались объяснить, как и почему эволюционируют живые организмы.
  3. Чарльз Дарвин систематизировал знания, полученные в результате кругосветного путешествия, наблюдений и переписки с другими учеными и разработал теорию эволюции.
  4. Параллельно с Дарвином похожую теорию разработал Альфред Уоллес.
  5. Теорию Дарвина критиковали, поскольку палеонтологи еще не успели обнаружить переходные формы живых организмов, существование которых она предполагала.
  6. Одна из главных причин, почему в теории Дарвина сомневались – «кошмар Дженкина», «размывание» в популяции вновь появившихся полезных для выживания признаков.
  7. Объяснение, почему теория Дарвина верна, а кошмара Дженкина не существует, дало развитие генетики.
  8. Синтетическая теория эволюции объединяет дарвинизм, генетику, палеонтологию и другие биологические дисциплины.
  9. Синтетическая теория эволюции – не единственная современная теория эволюции.
  10. Синтетическая теория эволюции достаточно хорошо объясняет процессы эволюции, поэтому ее принимают многие ученые.
  11. Заблуждения о синтетической теории эволюции во многом вызваны ее недостаточным пониманием.

Фильмы и сериалы, которые стоит посмотреть

  1. «Происхождение», 2009, BBC
  2. «С точки зрения науки: Ошибся ли Дарвин?», 2006, National Geographic Society
  3. «Гений Чарльза Дарвина», 2008, IWC Media
  4. «Чарльз Дарвин и Древо Жизни», 2009, BBC
  5. «BBC: Эволюция жизни», 2005, BBC
  6. «Патагония: По следам Дарвина 3D», 2012, Норберт Вандер
  7. «Эволюция: битва за жизнь», 2008, History channel

Книги, которые стоит прочитать

  1. Чарльз Дарвин. «Путешествие натуралиста вокруг света на корабле „Бигль“», 1839
  2. Чарльз Дарвин. «Происхождение видов путем естественного отбора», 1859
  3. Джулиан Хаксли. «Удивительный мир эволюции», 1971
  4. Деннет Дэниел Клемент. «Опасная идея Дарвина. Эволюция и смысл жизни», 2020
  5. Кирилл Еськов. «Удивительная палеонтология», 2007
  6.  Александр Марков. «Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня. Неожиданные открытия и новые вопросы», 2010
  7. Ричард Докинз. «Слепой часовщик», 1986
  8. Нил Шубин. «Внутренняя рыба. История человеческого тела с древнейших времен до наших дней», 2010
  9. Джерри Койн. «Эволюция: неопровержимые доказательства», 2018
  10. Александр Марков и Елена Наймарк. «Перспективы отбора», 2019

Синтетическая теория эволюции — ответы на популярные вопросы

Что является движущей силой в синтетической теории эволюции?
Основной движущей силой эволюции СТЭ называет естественный отбор. Он действует на генотипы либо на аллели генов. Кроме того, движущими силами эволюции являются борьба за существование, возникновение мутаций, поток генов (обмен между разными популяциями), дрейф генов (случайные изменения частот аллелей) и изоляция (препятствие потоку генов).
Считается ли дарвинизм устаревшей теорией?
В целом – нет. Чарльз Дарвин не мог знать о биологических открытиях XX и XIX веков. Поэтому в его работах есть устаревшие предположения. Однако основные принципы эволюции Дарвин вывел верно. Синтетическая теория эволюции основана на теории Дарвина и дополняет ее, а не опровергает.
Чем объясняется вторичное сходство родственных существ?
Наличием общего предка с такими же чертами (параллелизм) либо сходством условий обитания (конвергенция). Если же организмы не близкородственные и развивались в разных условиях, их сходство объясняется похожими мутациями. Совпадение мутаций – достаточно вероятное событие: некоторые участки ДНК мутируют активнее других, а набор мутаций хотя велик, но все-таки конечен.
Что верно: градуализм или пунктуализм?
Эти понятия дополняют друг друга. Градуализм предполагает, что эволюция происходит постепенно, как результат небольших изменений. Согласно пунктуализму, эволюция происходит резкими скачками с длительными периодами покоя между ними. В действительности «резкие скачки» занимают достаточно много времени, а в ходе периодов покоя образуются небольшие изменения генов. Они не влияют на приспособленность к конкретным условиям, но при возникновении «бутылочного горлышка» могут быть значимыми.
Если Ламарк был неправ, почему у более высоких и мускулистых людей обычно и дети более высокие и мускулистые?
Будь Ламарк прав, дети спортсменов рождались бы с тренированными мышцами. Но этого не происходит. В генетике есть понятие «норма реакции» - то, в каких пределах у особи может изменяться определенный признак. И вот она, в отличие от результатов тренировок, зависит от генотипа организма и наследуется. Если родители легко накачивают мышцы тренировками, вероятно (но не гарантированно), их дети тоже смогут тренировать мышцы эффективнее. Конечно, когда дорастут до тренажеров.
Правда, что эволюция противоречит второму началу термодинамики?
Нет. Второе начало термодинамики гласит, что энтропия не убывает при усложнении замкнутых систем. Живые организмы – это открытые системы, поэтому они могут усложняться, и их энтропия при этом не увеличивается.
Почему в ходе эволюции некоторые признаки могут утрачиваться?
Потому что они не влияют на приспособленность организмов. У таких признаков может измениться функция. Это произошло, например, с аппендиксом человека: он не участвует в пищеварении, но необходим для нормальной работы иммунной системы и поддержания микрофлоры кишечника. Иногда признак может быть утрачен – как глаза у некоторых кротов. Зрение не нужно им для выживания и никак не влияет на приспособленность к среде. Поэтому мутации, затрагивающие зрение, кротам не вредят. Они накапливаются в популяции и постепенно приводят к утрате глаз.

Источники

  1. Чарльз Дарвин. «Путешествие натуралиста вокруг света на корабле „Бигль“». https://booksonline.com.ua/view.php?book=101832
  2. Jenkin, Fleeming, Review of ‘The origin of species’, The North British Review, June 1867, 46
  3. http://www.bio.bsu.by/genetics/files/4.evol_th/evolution_theory_03.pdf
  4. https://www.the-scientist.com/foundations/modern-synthesis-1937-66322
  5. И.И. Шмальгаузен. Избранные труды. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии. М.: Наука, 1982
  6. https://www.youtube.com/watch?v=sA1W8ovKUq4

Автор титульного фото — Татьяна Дударенко. На фото — один из памятников на так называемом «Острове обезьян» в Хайнане.


Подписывайтесь на наш канал в Telegram, чтобы получать свежие статьи своевременно!
Лучший способ отблагодарить нас — поделиться статьей с друзьями:
Влад Шляховой — автор Ratenger.com

Издатель и главный редактор Ratenger.com.

Оцените автора
Поделиться мнением